大體積混凝土施工技術(shù)探討

王紅濤

摘要：建筑工程的大體積混凝土的施工裂縫是通病，但也并不代表完全控制不了。只要在施工技術(shù)方面嚴(yán)格把控，還是可以減少或杜絕裂縫的發(fā)生。本文主要根據(jù)多年工作實(shí)踐，對(duì)大體積混凝土的施工技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：建筑工程;大體積混凝土;施工技術(shù)

一、工程概況

某建筑項(xiàng)目總面積23980m2，主樓部分采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，樁基為800mm人工挖孔灌注樁，地下室基礎(chǔ)底板厚1.5m，砼強(qiáng)度等級(jí)為C30，底板平面尺寸大致為29.1 x29.lm。

二、C30S8混凝土配合比設(shè)計(jì)

（一）材料選擇

（1）水泥選用建福牌32.5普通硅酸鹽水泥;粗骨料采用破碎卵石。粒徑1～4cm，含泥量小于1 %;細(xì)骨料采用中砂，含泥量小于3%.

（2）采用“雙摻”技術(shù)，即在砼中摻加TW-4高效緩凝減水劑，摻量為水泥用量的1.8%;摻永安火電廠的優(yōu)質(zhì)粉煤灰替代部分水泥用量，摻量為水泥用量的20%?！半p摻”技術(shù)可減少水泥用量，降低水化熱，提高砼可泵性，同時(shí)使砼初凝時(shí)間延緩至6小時(shí)，大大減少在大體積砼澆搗時(shí)出現(xiàn)冷縫的可能性。

（3）選用AEA型膨脹劑，補(bǔ)償砼收縮，提高砼的抗拉強(qiáng)度，改善砼自身的各項(xiàng)性能。

（二）施工配合比（見(jiàn)表1）

表1? 砼配合比

水泥

水

碎卵石

中砂

TW-4

AEA

粉煤灰

試驗(yàn)配合比

1

0.37

3.17

1.71

0.0018

0.12

0.2

每m3用量（kg）

369

137

1170

631

0.66

44

74

注：坍落度為120～150mm，抗?jié)B等級(jí)為S8。

三、底板防水施工的處理

設(shè)計(jì)要求底板防水層采用SBS高聚物改性瀝青防水卷材，防水保護(hù)層為40mm厚細(xì)石砼。施工時(shí)采用外防外貼法，在底板鋼筋綁扎前將防水層施工完畢。底板面的細(xì)石砼保護(hù)層按6mx6m設(shè)分隔縫，縫寬20mm，嵌填柔性材料;底板側(cè)壁采用聚乙烯泡沫塑料作保護(hù)層。通過(guò)上述處理，充分利用了防水卷材柔性材料的特性，改善了底板大體積砼的邊界約束條件，減少了邊界約束應(yīng)力，對(duì)防止大體積砼貫穿裂縫的出現(xiàn)非常有利。

四、混凝土的澆搗

（一）澆筑方法

采用“斜面分層、薄層澆筑、循序退打，一次到頂”連續(xù)施工的方法，在基坑?xùn)|岸布置2臺(tái)泵，每個(gè)泵負(fù)責(zé)一半寬度范圍的澆筑帶，兩個(gè)澆筑帶結(jié)合部位加強(qiáng)振搗，嚴(yán)防漏振。澆搗順序?yàn)閺奈飨驏|（見(jiàn)圖1）

圖1? 澆搗方向示意圖

（二）砼的振搗

砼泵送時(shí)自然形成的流淌斜坡度為1：6左右，在每條澆筑帶前、中、各后布置3道振動(dòng)器，第1道布置在砼卸料點(diǎn)、負(fù)責(zé)出管砼的振搗，使之順利通過(guò)面筋流入底層;第2道設(shè)置在砼的中間部位，負(fù)責(zé)斜面砼的密實(shí);第3道設(shè)置在坡腳及底層鋼筋處，負(fù)責(zé)砼流入下層鋼筋底部，確保下層鋼筋砼的振搗密實(shí)。嚴(yán)格控制振動(dòng)棒移動(dòng)的距離、插入探度、振搗時(shí)間，避免澆筑帶交接處的漏振。

（三）冷縫控制及二次振搗

為保證分層澆搗時(shí)上下層砼的結(jié)合，避免施工中冷縫的出現(xiàn)，上層砼必須在下層砼澆搗后2小時(shí)內(nèi)將其覆蓋。根據(jù)每泵砼泵送量為25～30m3/h，施工前可計(jì)算出分層厚度在300～500mm之間，實(shí)際施工中通過(guò)控制分層厚度保證覆蓋時(shí)間。

二次振搗可消除砼因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，防止因砼沉落而產(chǎn)生的表面收縮裂縫;同時(shí)二次振搗可增加砼的密實(shí)度、提高砼的抗拉強(qiáng)度。因此施工中在上下層砼結(jié)合時(shí)，要求振動(dòng)棒伸入下層砼300～500mm，對(duì)下層砼進(jìn)行二次振搗。這樣既避免施工中冷縫的出現(xiàn)，保證下層砼結(jié)合密實(shí)，又達(dá)到二次振搗的目的，提高了砼的質(zhì)量。

（四）泌水處理

在坑基內(nèi)東側(cè)設(shè)兩個(gè)50x50x50cm的積水坑，砼墊層施工時(shí)表面處理為自西向東的坡度。砼在澆筑過(guò)程中，上涌的泌水和漿水順著砼坡腳流淌到坑底，再順墊層坡度流人積水坑，通過(guò)水泵排放到基坑外，當(dāng)砼的坡腳接近基坑?xùn)|面?zhèn)缺跁r(shí)，改變砼的澆筑方向，即由頂端往回澆筑，與斜坡面形成一個(gè)積水潭，用軟管及時(shí)排除最后的泌水。

（五）表面處理

泵送砼流動(dòng)性大，表面水泥漿較厚，故在砼澆筑后至初凝前，應(yīng)按初步標(biāo)高進(jìn)行拍打振實(shí)后用長(zhǎng)木尺抹平，趕走表面泌水，初凝后至終凝前進(jìn)行二次抹壓，使用木抹子將面層小凹坑、氣泡眼、砂眼和腳印等壓平，使面層達(dá)到密實(shí)，減少因砼收水硬化而產(chǎn)生的表面裂縫。

（六）砼試塊的留置

砼澆搗過(guò)程中除按規(guī)范規(guī)定留置標(biāo)養(yǎng)試塊和抗?jié)B試塊外，還留置了15組同條件養(yǎng)護(hù)試塊，將其置于保溫材料下與大體積砼同條件養(yǎng)護(hù)，用以確定大體積砼降溫階段實(shí)際強(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

五、混凝土保溫養(yǎng)護(hù)期間的溫度裂縫控制技術(shù)

（一）測(cè)溫監(jiān)控技術(shù)

施工中我們與建筑質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心合作，對(duì)大體積砼進(jìn)行測(cè)溫監(jiān)控。現(xiàn)場(chǎng)選擇有代表性位置，共垂直埋設(shè)13根測(cè)桿，其中兩根測(cè)桿布置在電梯井坑處（厚3.6m，3.2m），其余均布置在厚1.5m處，電梯井坑處測(cè)桿設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，其余測(cè)桿設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在砼外部設(shè)置氣溫測(cè)點(diǎn)2個(gè)，保溫材料溫度測(cè)點(diǎn)2個(gè)及養(yǎng)護(hù)水溫度測(cè)點(diǎn)1個(gè)，總計(jì)48個(gè)工作測(cè)點(diǎn)。所有工作測(cè)點(diǎn)都通過(guò)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線與設(shè)置在測(cè)試房的微機(jī)數(shù)據(jù)采集儀相連接?，F(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析，每小時(shí)打印輸出一次各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度值及各測(cè)位中心側(cè)點(diǎn)與面層測(cè)點(diǎn)的溫差值，作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù)，防止砼出現(xiàn)溫度裂縫。

（二）保溫養(yǎng)護(hù)措施

經(jīng)計(jì)算，保溫材料采用二層塑料薄膜，二層草袋。澆搗到位的砼終凝后，先在其表面鋪一層塑料薄膜，然后覆蓋二層麻袋，上面再鋪一層塑料薄膜保溫，以提高面層砼的溫度，減小砼結(jié)構(gòu)的內(nèi)表溫差。同時(shí)視需要在底板砼表面澆水，使砼始終保持在濕養(yǎng)護(hù)狀態(tài)。在養(yǎng)護(hù)后期，視測(cè)溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及溫度應(yīng)力的計(jì)算情況加以調(diào)整保溫層厚度。

（三）表面溫度裂縫控制技術(shù)

在大體積砼測(cè)溫監(jiān)控期間，密切關(guān)注砼的內(nèi)表溫度差，在養(yǎng)護(hù)初期，由于砼抗拉強(qiáng)度較低，此時(shí)控制砼內(nèi)表溫差在25oC以內(nèi);在養(yǎng)護(hù)中后期，隨著砼強(qiáng)度的明顯提高，此時(shí)將砼內(nèi)表溫差控制指標(biāo)放寬到30oC。

現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備20盞碘鎢燈，一旦內(nèi)表溫差超過(guò)允許值，則用碘鎢燈加熱砼表面，減小內(nèi)表溫差。實(shí)際施工時(shí)，砼內(nèi)表溫差均控制在允許范圍內(nèi)（見(jiàn)圖2），故該應(yīng)急措施未予采用。

圖2? 大體積混凝土溫度曲線

（四）貫穿裂縫的控制措施

大體積砼在澆筑后數(shù)天開(kāi)始逐漸降溫，這個(gè)降溫差引起的變形加上砼多余水分蒸發(fā)時(shí)引起的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)引起抗拉應(yīng)力，當(dāng)抗拉應(yīng)力超過(guò)砼抗拉強(qiáng)度時(shí)，砼整個(gè)截面就會(huì)產(chǎn)生貫穿裂縫。從控制裂縫的觀點(diǎn)來(lái)講表面裂縫危害較小，而貫穿裂縫則會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和防水性，影響正常使用。所以應(yīng)盡最大努力，采取措施避免表面裂縫并堅(jiān)決控制貫穿裂縫。

（1）控制貫穿裂縫的理論依據(jù)

根據(jù)王鐵夢(mèng)著《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》（以下簡(jiǎn)稱《工程》）中有關(guān)內(nèi)容，大體積砼貫穿裂縫控制可采用抗裂安全度公式：

t——各齡期混凝土溫度應(yīng)力

Fct——各齡期混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

大體積砼各齡期的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算可采用下式

——各齡期混凝土溫度收縮應(yīng)力

t——混凝土的線膨脹系數(shù)（一般取1.0x10-5）

——泊桑比，取0.15

——各齡期混凝土水化熱、氣溫差及收縮當(dāng)量溫差

Ei（1）——各齡期混凝土彈性模量

Hi（t，Ti）——各齡期混凝土應(yīng)力松弛系數(shù)

Ch——雙曲余弦函數(shù)：

H——大體積混凝土的厚度（取1.5m厚底板計(jì)算）

L——大體積混凝土的長(zhǎng)度

Cx——地基水平阻力系數(shù)

（2）按經(jīng)驗(yàn)擬定降溫曲線

施工前根據(jù)《工程》中推薦的經(jīng)驗(yàn)公式，估算砼的最高溫度為59.2oC，再根據(jù)《工程》中推薦的經(jīng)驗(yàn)降溫曲線，擬定一條降溫曲線（見(jiàn)圖2），利用公式（2）計(jì)算出各齡期砼的溫度收縮應(yīng)力;由公式Rn=R28xlgn/lg28（R28取30MPa）計(jì)算各齡期砼抗壓強(qiáng)度，并據(jù)此推出各齡期砼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。經(jīng)計(jì)算，各齡期砼的、fct滿足公式（1）的要求，說(shuō)明施工中按該條件降溫曲線控制大體積砼的降溫速率能保證大體積砼不出現(xiàn)貫穿裂縫。

（3）實(shí)際施工時(shí)抗裂安全度驗(yàn)算及降溫曲線的調(diào)整

測(cè)溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，大體積砼在澆搗3d后達(dá)到放熱高峰，此時(shí)砼中心溫度達(dá)到最大值62℃，與原估計(jì)值基本接近。

在大體積砼降溫階段，砼的實(shí)際降溫曲線（圖2）無(wú)法與原計(jì)劃的降溫曲線重合，因此施工時(shí)根據(jù)測(cè)溫監(jiān)控的實(shí)測(cè)值，利用公式（2）計(jì)算出每個(gè)齡期砼的實(shí)際溫度收縮應(yīng)力;同時(shí)利用降溫階段各齡期同條件養(yǎng)護(hù)試塊的試壓結(jié)果推斷出的各齡期的砼抗拉強(qiáng)度值，用公式（1）驗(yàn)算各齡期大休積砼的抗裂安全度，并根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果調(diào)整砼的降溫速率。由于實(shí)際砼各齡期抗拉強(qiáng)度均超過(guò)原估計(jì)值，故實(shí)際施工時(shí)對(duì)降溫速率加以調(diào)整。將原定的15d保溫養(yǎng)護(hù)期縮短為12d，同時(shí)繼續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)至14d，由圖3可以看出，在保溫養(yǎng)護(hù)的12d內(nèi)，各齡期砼的溫度應(yīng)力與實(shí)際抗拉強(qiáng)度均滿足公式（1）的要求。

圖3? 大體積混凝土強(qiáng)度曲線

（4）溫度裂縫控制效果

通過(guò)信息化施工手段，在確保大體積砼不出現(xiàn)溫度裂縫的前提下，合理控制砼的降溫速率。保溫養(yǎng)護(hù)5d后掀掉一層草袋，保溫養(yǎng)護(hù)后期，在白天溫度較高時(shí)掀開(kāi)保溫層，加速降溫。保溫養(yǎng)護(hù)12d后砼面層溫度與當(dāng)天大氣平均溫度相差3℃，中心溫度與面層溫度相差7℃，自西向東拆除保溫層。監(jiān)測(cè)后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，大體積砼未見(jiàn)溫度變形裂縫，砼質(zhì)量良好，由于測(cè)溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間縮短，大大節(jié)省養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，加快了工程進(jìn)度。

六、幾點(diǎn)體會(huì)

（一）重視對(duì)貫穿裂縫的控制

當(dāng)前大部分施工單位在大體積砼施工時(shí)，對(duì)測(cè)溫監(jiān)控所提供的數(shù)據(jù)只是簡(jiǎn)單注意到各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與面層測(cè)點(diǎn)的溫差值，控制大體積砼的內(nèi)表溫差不超過(guò)規(guī)范允許的25℃，這僅僅是控制大休積砼表面裂縫的一個(gè)手段，而危害性更大的貫穿裂縫的控制往往被忽略掉了。施工單位在大體積砼保溫養(yǎng)護(hù)階段更應(yīng)注意利用測(cè)溫監(jiān)控所取得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，控制大體積砼的降溫速率，最終控制大體積砼的貫穿裂縫。

（二）重視實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

施工前經(jīng)計(jì)算得出的大體積砼的最高溫度及保溫層厚度僅供參考。實(shí)際施工時(shí)應(yīng)以測(cè)溫監(jiān)控所取得的數(shù)據(jù)，以及大體積砼的實(shí)際強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，通過(guò)計(jì)算比較，適時(shí)調(diào)整保溫層的厚度，合理控制降溫速率，在確保大體積砼施工質(zhì)量的前提下，縮短養(yǎng)護(hù)周期，降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

（三）重視單位水泥用量的控制

該大體積砼澆搗時(shí)留置的標(biāo)養(yǎng)試塊28d抗壓強(qiáng)度平均值為38.7MPa，從這一點(diǎn)以及同條件試塊試壓結(jié)果來(lái)看，該大體積砼試配強(qiáng)度大大高于設(shè)計(jì)要求的30MPa。這不僅造成材料上的浪費(fèi)，而且單位水泥用量的增加導(dǎo)致砼水化熱增加，使保溫養(yǎng)護(hù)的成本及時(shí)間都大大增加。因此，必須盡可能降低單位砼的水泥用量?？梢詮膬煞矫娼档蛦挝豁诺乃嘤昧浚海?）砼配合比由技術(shù)管理好、生產(chǎn)穩(wěn)定的供應(yīng)商提供，根據(jù)近期生產(chǎn)的砼強(qiáng)度的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，降低砼試配時(shí)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差取值，從而合理降低試配強(qiáng)度，減少水泥用量。（2）在征得設(shè)計(jì)單位同意下，可采用砼60d強(qiáng)度代替28d強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

大體積混凝土施工裂縫是可以通過(guò)各種控制措施進(jìn)行控制，只要采取合理的控制措施，在保證工程質(zhì)量的前提下也降低了投資成本，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。